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我国石墨烯基础研究领域取得重要进展

近日，内蒙古农业大学材料科学与艺术设计学院郭泽宇副教授在纳米材料国际知名期刊《Carbon》上在线发表了题为“Hollow‘graphene’microtubes using a polyacrylonitrile nanofiber template and their potential applications of field emission”（基于纳米纤维模板法制备中空石墨烯微管及在场发射中的潜在应用）的学术论文。

该研究报告了一种将石墨烯纳米片连接起来形成石墨烯空心微管(GHMs)的简易化制备过程，通过改变反应条件，可在100-500 nm范围内调节管径。研究发现，在氨气气氛下对氧化石墨烯(G-O)/PAN碳纤维进行退火时，石墨烯纳米片边缘的N原子可以取代C原子，石墨烯片可以无缝连接。G-O/碳纳米纤维框架作为约束模板，石墨烯薄片围绕其弯曲形成管状结构。该成果在器件的场发射方面具有可观的应用前景，其场发射特性为：低的导通电压0.18 V/μm (J=10 μA/cm2)、低的阈值场0.35 V/μm (at J=10 mA/cm2)和高的场发射稳定性。这种制备石墨烯微管的工艺为规模化生产直径可调的石墨烯微管提供了可能性，这种直径可调的石墨烯微管在生物医学、药物载体、农业化肥、生物质光合作用等方面都具有潜在的应用。

科学家用石墨烯热运动产生电流，有望开发出取代低功耗电池的芯片

阿肯色大学(University of Arkansas)的一个物理学家团队已经成功开发出了一种能够捕获石墨烯热运动并将其转换为电流的电路。

（图片来源：阿肯色大学）

这项探索性研究的首席研究员、物理学教授保罗•蒂巴多（Paul Thibado）表示：“基于石墨烯的能量采集电路可以整合到芯片中，为小型设备或传感器提供干净、无限的低压电源。”

该研究成果发表在《物理评论E》（Physical Review E）杂志上，证明了物理学家三年前在阿肯色大学所开发的理论，即独立的石墨烯（单层碳原子）以某种方式被褶皱和弯曲，从而有望采集能量。

Advanced Functional Materials：基于石墨烯-Nafion复合薄膜的柔性可再生生物传感器

哈尔滨工业大学机电工程学院潘昀路教授和郝壮博士研究团队提出了一种基于石墨烯-Nafion复合薄膜的柔性可再生生物传感器，该柔性纳米传感器可实现在不稀释的真实人体汗液中对“炎症风暴”标志物进行准确检测。他们通过使用石墨烯-Nafion复合薄膜作为场效应晶体管的导电通道，极大的抑制了石墨烯表面非特异性吸附对传感信号产生的干扰，并采用分子量较小的DNA适配体作为探针，减弱了德拜屏蔽作用。测试表明，该柔性纳米传感器可紧密贴合在人体的各个部位，并同时实现在未稀释的人工汗液和真实人体汗液中对“炎症风暴”标志物IFN-γ进行快速准确的检测，检测范围为0.015 to 250 nM，检测极限为740 fM。由于石墨烯-Nafion复合薄膜的独特性质，纳米传感器同时还具有可再生的特性，在经过80次再生循环后，机械，电气性能和传感信号仍可保持与初次使用时极高的一致性。

该研究中所设计制造的基于石墨烯-Nafion复合薄膜的柔性传感器不但可以作为一种普适的方法，在改善其他纳米材料传感器检测性能方面得到广泛的研究，而且有望促进纳米传感器在个人医疗健康领域的进一步发展。

EnSM：石墨烯层结构的可控调节及其高倍率储钠

目前，虽然通过复合或掺杂等方法达到了扩大石墨及其衍生物层间距的目的，但如何可控地调节石墨及其衍生物的层间距并研究层间距对储钠倍率性能和钠离子扩散动力学的影响仍然是亟待讨论的科学问题。近日，兰州理工大学刘卯成副教授课题组和台湾新竹清华大学阙郁伦教授课题组合作展示了一种通过二胺分子（H2N(CH2)xNH2，x=2, 3, 4）表面的氨基（-NH2）和氧化石墨烯（GO）表面的羧基（-COOH）之间脱水缩和形成酰胺键（HN-C=O）将二胺分子“锁定”在GO层间的方法，制备出了一系列层间距可控调节的具有“双锁链”结构的多层GO（xDM-GO，x=2, 3, 4）。所制备的xDM-GO的层间距可在0.90 nm到0.97 nm之间可控调节，相比于层间距为0.88 nm的GO，具有扩大层间距的xDM-GO可以为钠离子的扩散提供更短的通道，并减小钠离子扩散的势垒。同时，增大的比表面积可以暴露出更多储钠活性位点，提高储钠倍率性能。xDM-GO层间的链状二胺分子具有柱撑/牵引的作用，有效地缓解了其在钠离子嵌入/脱出过程中的堆叠和体积膨胀，从而保持良好的循环稳定性。本工作还在可控调节层间距的前提下，研究了层间距对于储钠倍率性能和钠离子扩散动力学的影响。该文章发表在Energy Storage Materials上。 

崔屹《Science》子刊：石墨烯层中插入碳球，实现优于活性炭的高甲苯、丙酮吸附量，高H2储存！

美国斯坦福大学材料科学与工程系崔屹教授，劳伦斯伯克利国家实验室材料科学系Jeffrey A. Reimer教授（共同通讯）设计了分层纳米多孔膜（HNMs）,一类结合碳球和氧化石墨烯的纳米复合材料。分级碳球，使用化学活化结合微波加热，作为间隔剂和吸附剂。分层碳球阻隔了氧化石墨烯的团聚，而氧化石墨烯薄片则是物理分散的，确保了结构的稳定性。所获得包含微孔的HNMs，这些微孔由超微孔和中孔组成，从而导致高VOCs/H2吸附能力，在200ppmv和3.3wt％（77K和1.2bar）下分别高达235和352mg/g。该工作大大扩展了HNMs在环境和能源领域的应用潜力。该论文以“Designing hierarchical nanoporous membranes for highly efficient gasadsorption and storage”为题，发表在Science Advances。

美国研究人员通过堆叠和扭曲石墨烯发现了一种罕见的磁性

比亚大学和华盛顿大学的研究人员在三层石墨烯结构中发现了一种罕见的磁性。研究人员将单层石墨烯片叠放在双层石墨烯片上，并将其扭曲约1度，在绝对零度以上几度的温度下观察到了一系列绝缘状态。这种状态可以通过在石墨烯片上施加电场来控制：向单层石墨烯片施加电场，结构呈现扭曲的双层石墨烯状态；向双层石墨烯片施加电场，结构呈现扭曲的四层石墨烯状态。研究人员还在该结构中发现了一种新的磁性，不同于传统的磁铁通过电子自旋形成磁性，该结构的磁性是由电子的集体旋转运动形成的。此外，研究人员还发现了该结构的拓扑结构，即类似于把不同类型的结绑在一根绳子上，这种材料的拓扑特性可能会变革信息存储的方式，有望用于量子计算或新型节能数据存储平台。

信息来源：中国科学院微生物研究所、环球创新智慧、 materials views china、能源学人、高分子科学前沿、中国国防科技信息网等。

（中国粉体网编辑整理/三昧）

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